광물섬유 흡음 판재 및 이의 제조방법

광물 섬유 흡음 판재 및 이의 제조방법

제1도는 본 발명에 따르는 섬유 판재 제조공정의 개략적인 측면도이다.

제2도는 일련의 광물 섬유 판재들(미네랄 울 및 전분농도는 일정하게 유지됨)중 진주암, 신문용지 및 점토의 상대적인 백분율(%)을 보여주는 삼각형 그래프이다.

제3도는 또다른 일련의 광물 섬유 판재들(전분 농도는 일정하게 유지되며 점토는 포함하지 않음)중 진주암, 신문용지 및 미네랄 울의 상대적인 백분율(%)을 보여주는 삼각형 그래프이다.

본 발명은 광물 섬유 판재, 특히 광물 섬유 흡음 판재 또는 유니트, 및 당해 판재 또는 유니트의 제조방법에 관한 것이다.

광물 섬유의 불연성으로 인해, 광물 섬유 판재(예: 흡음 패널)는 식물성 섬유 판재에 비해서 상업적인 가치를 갖는다. 흡음 패널은 통상적으로 미네랄 울 섬유와 전분 결합제로 제조된다. 패널에 기계적으로 천공하거나 피셔링(fissuring)시켜 이들 패널에 목적하는 흡음 등급을 부여하는 것이 통상적이다. 다수의 통상적인 천장 제품에 있어서, 판재 천공은 흡음을 위해 필수적이고 때때로 장식성을 제공하는 반면, 천공함으로써 외관이 손상되는 특수한 경우가 있다. 이러한 경우에, 천공되지 않았으나 높은 흡음성을 갖는 천장 패널을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명은 패널에 기계적으로 천공하거나 피셔링할 필요없이, 흡음성이 큰 천장 패널을 제조할 수 있는 조성물을 함유하는 개선된 광물 섬유에 관한 것이다.

본 발명은 또한 우수한 강도와 흡음성 및 매우 장식적인 표면을 포함하여 바람직한 물리적 특성들의 조합을 특징으로 하는 개선된 광물 섬유 함유 판재의 제법을 포함한다.

본 발명에 따르면, 기계적으로 천공하거나 피셔링할 필요없이 판재에 높은 흡음성을 제공하기에 충분한 광물 재료를 포함하는 섬유 판재가 제공된다. 바람직한 광물재료는 광물 섬유(예를 들면, 미네랄 울 및 진주암)이지만, 다른 광물 충전제들을 사용할 수도 있다. 그러나, 점토는 판재중에 포함되지 않으며, 비교적 소량의 셀룰로즈성 재료(예: 신문용지)를 사용하면서 상기 점토를 포함시키지 않으면 특별히 높은 소음 감소 계수(NRC)를 얻을 수 있다. 판재는 유리하게는 판재의 표면으로부터 내부로 여러개의 구멍을 천공할 필요없이, 높은 NRC를 제공하기에 적합한 비율로 미네랄 울, 진주암, 셀룰로즈성 섬유 및 결합제를 포함한다.

본 발명은 특히 약 50 내지 70중량%의 광물 섬유, 15 내지 35중량%의 진주암, 1 내지 10중량%의 셀룰로즈성 섬유 및 4 내지 15중량%의 결합제의 혼합물을 포함하는 강성의 자체 지지(self-supporting) 광물 섬유 흡음 판재에 관한 것이다.

광물 섬유 흡음 판재를 제조하기 위한 통상적인 방법이 사용될 수 있긴 하지만, 본 발명의 흡음성이 큰 판재는 광물 섬유 및 결합제(예: 전분)의 습식 슬러리를 이동하는 망사 스크린상에 연속적으로 침착시키고 배수 및 흡입에 의해 탈수시키는 통상의 습식 방법에 의해 바람직하게 제조된다. 이와같이 하여 형성된 매트를 건조시키고 결합제를 고정시킨 후, 매트를 설치 목적에 적합한 치수의 유니트로 절단한다. 외관을 개선시키기 위해, 제품을 연마하여 정교하게 텍스쳐링된 외관을 제공한다. 추가로, 필요에 따라, 흡음성을 더 한층 개선시키기 위해, 제품을 피셔링하거나 천공함으로써 천공된 표면을 제공할 수 있다.

본 발명의 바람직한 양태에서, 섬유 판재는 슬러리의 성분들을 습식 혼합하는 동안 결절되는 광물 섬유를 함유하는 슬러리로부터 제조된다. 광물 섬유의 결절을 확장시키는데 필요한 높은 슬러리 농도(예: 5% 이상)를 구성하는데 필요한 물과 함께 상기 성분들을 통상의 혼합 및 보유 장치에 가하며, 이 장치로부터 성분들을 통상의 헤드 박스(head box)를 통해 장망초지기(長網抄紙機, Fourdrinier)와 같은 기계의 판재 형성 와이어(wire)위로 유출시킨다. 이와 같이 하여 형성된 수분이 포함된 매트를 압축 및 건조시킨다. 생성되는 건조 판재 표면을 유리하게 변형시켜 외관이 수려한 표면을 포함하는 바람직한 특성들이 조합된 가공 제품을 수득한다. 표면 변형은 표면 브러싱(surface brushing) 또는 표면 분사가공(surface blasting)(예: 분사가공용 원심분리기에 의함)에 의한 연마, 또는 장식적인 외관을 형성하기 위한 다른 처리를 포함할 수 있다.

결합제와 함께 미네랄 울 등으로부터 제조된 광물 섬유 판재의 흡음성은 판재 형성 조성물중에 특정량의 진주암과 약 10중량% 이하 (무수 고형물 기준)의 셀룰로즈성 재료를 사용하고, 조성물로부터 점토를 배제시킴으로써 크게 향상된다. 사용되는 재료의 양은 산업적으로 유용한 흡음 판재에서 요구되는 다른 특성들(예:내처짐성 및 내화성, 및 커다란 패널 크기에 적합한 강도)파 함께 높은 소음 감소 계수를 획득하는데 중요한 것으로 밝혀졌다. 하기 표에 본 발명의 흡음 패널 제조에 사용된 바람직한 제형의 무수 상태를 기준으로 한 고형물 재료의 양을 중량%로 나타내었다.

본 발명의 흡음 판재의 광물 섬유 성분에는 암석, 광재(slag), 용융 유리, 이들의 유리 혼합물 및 섬유로 전환될 수 있는 기타 열 액화성 미가공 재료로부터 제조된 섬유 또는 미네랄 울이 포함된다. 일반적으로, 광물 섬유의 직경에 대한 길이의 비는 10 이상으로서, 길이는 0.1 내지 100mm, 더욱 전형적으로는 1 내지 10mm 범위에서 변화하고 직경은 0.1 내지 25μ의 범위에서 변화한다. 본 발명의 방법에 사용된 미네랄 울은 전형적으로 섬유직경이 약 4 내지 8μ이고, 산/염기 비(mol)가 약 0.80 내지 1.10이며, 조성은 다음과 같다:

미네랄 울의 조성

또한, 슬러리도 셀룰로즈성 섬유 및 결합제를 함유할 수 있다. 슬러리의 고형물은 약 50%, 내지 85%의 광물 섬유 및 약 1% 내지 10%, 바람직하게는 1% 내지 8%의 셀룰로즈성 섬유, 및 본 발명의 판재를 형성하기에 충분한 양, 예를 들면, 약 5% 내지 15%,의 결합제를 포함할 수 있다.

셀룰로즈성 섬유는 목재 섬유, 1급 또는 2급 종이 섬유, 면 린터(cotton linter) 등일 수 있다. 섬유 길이는 일반적으로 약 1/4in(6.3mm)이하일 것이다. 본 발명에 사용하기에 매우 바람직한 섬유는 일반적으로 길이가 약 1/4mm 내지 약 5mm이고 평균길이가 약 1mm인 신문용지 섬유이다.

각종 재료가 결합제로서 본 발명의 판재 형성 조성물에 사용될 수 있다. 유용한 결합제에는 전분, 화학적으로 개질된 전분, 페놀-포름알데하이드 또는 다른 인조 수지 결합제, 규산나트륨, 아교, 카제인, 고무 라텍스, 수성 고무 분산액 또는 유제, 아스팔트 유제, 또는 이들의 조합물이 포함된다. 결합제는, 미합중국 특허 제2,773,764호에 기재된 바와 같은, 소량의 순수한 크라프트 펄프를 포함할 수 있다.

여러가지 충전제를 본 발명의 광물 섬유 함유 조성물에 사용할 수 있다. 바람직한 충전제는 무기 충전제이다. 평균 입자크기 5μ 미만 정도의 너무 미세한 광물 충전제는 피하는 것이 바람직하다 유리하게는, 본 조성물은 밀도가 약 3.0 내지 8.0pcf, 바람직하게는 5.0 내지 8.0pcf(48.0 내지 128.0kg/m ³ , 바람직하게는 80.0 내지 128.0kg/m ³ )인 팽창된 진주암 입자를 약 15 내지 35중량%, 바람직하게는 21 내지 28중량%, 더욱 바람직하게는 23 내지 26중량% (무수 고형물 기준) 함유한다. 본 발명에서 사용하는 팽창된 진주암의 전형적인 스크린 분석 결과는 다음과 같다.

본 조성물은 추가로 통상적인 광물 섬유 판재 형성 조성물에 유용한 다른 보조 물질[예: 방부제, 습윤화제, 소포제, 보유 조제, 사이징제 및 브로크]을 함유할 수 있다. 당해 분야의 숙련가라면, 상기 보조 첨가제의 양을 쉽게 결정할 수 있을 것이다.

이제, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 기술한다.

광물 섬유 판재를 제조하기 위한 바람직한 습식 공정에 있어서, 미네랄 울, 진주암, 전분 및 셀룰로즈성 섬유를 포함하는 고형물 재료를 슬러리화하여 교반장치(2)가 장착된 적합한 용기(1)에서 물과 혼합한다. 미네랄 울 함유 슬러리는 농도 또는 고형물 함량이 약 2 내지 8중량%일 수 있다. 농도는 슬러리의 혼합시 상당량의 결절된 미네랄 울을 형성시키기에 충분히 높은 것이 유리하다(예; 5 내지 8중량%). 계류중인 미합중국 특허원 제210,466호에 기술된 바와 같이, 슬러리의 혼합 도중 광물 섬유의 결절이 형성된다. 다르게는, 미네랄 울을 이미 결절된 미네랄 울의 펠렛 형태로 슬러리에 도입시킬 수 있다.

미네랄 울 함유 슬러리를 고형물을 균일하게 분포 시키고, 필요에 따라, 당해 미네랄 울을 결절시키기에 충분하게 교반한 후, 슬러리화된 조성물을 펌프(3)에 의해 파이프(4)를 통해 헤드박스(5)로 이동시킨다. 이어서, 헤드박스(5)의 오리피스(6)를 통해 장망초지기 와이어(7)에 슬러리를 침착시킨다. 장망초지기 와이어의 제1부분(8)에서 재료로부터 물이 자유롭게 배수되며 추가로 부분(10)에서 흡입 박스(9)에 의해 배수가 촉진된다. 슬러리가 장망초지기에 접촉되어 이로부터 슬러리의 물이 배수됨에 따라, 광물 섬유 조성물의 습식 펠트화된 매트가 당해 장망초지기 위에 형성된다. 수분을 포함하는 매트를 장망초지기에 의해 약 20 내지 40중량%의 고형물 함량으로 탈수시킨다.

이어서, 부분 건조된 재료의 두께를 다수의 압축롤(11)에 의해 약 0.4 내지 0.8in(10 내지 20mm)로 예비 압축시킨다. 필요에 따라, 단일 압축롤 세트가 사용될 수 있다. 압축후, 시이트 생성물은 일반적으로 약 60 내지 약 70%,의 물을 함유한다. 공급 파이프(13) 및 피복기(14)에 의해 압축된 매트에 피복물을 적용할 수 있다.

압축롤(11)을 통과시킨 후, 습식 매트를 건조기(12)로 이동시킨다. 건조기의 배출구에서, 수분 함량이 약 1.0% 미만인 판재를 수득한다. 판재를 톱 장치(15)에 의해 더 작은 패널로 절단한다. 건조된 생성물을 목적하는 용도에 따라, 적합한 통상의 가공 장치에 적용시킬 수 있다. 이러한 장치에는 생성물 표면을 보호 및/또는 장식하기 위해 피복물을 적용하기 위한 도포기[예: 베벨 피복기(bevel coater), 가공 분무 피복기, 인쇄기, 다중-색채 장식용 피복기 등] 및 추가로 건조 장치를 포함할 수 있다.

정교하게 텍스쳐링된 외관은 임의의 적합한 텍스쳐링 장치(17)[예: 연마, 스코어링(scoring), 브러싱 등]에 의해 건조된 판재의 2개의 주요 표면중 한 표면위에 형성될 수 있다. 판재는 유리하게는 반전기(inverter)(16)에 의해 뒤집혀서 표면처리를 위한 평편한 스크린면을 제공할 수 있다. 휠라브라토-프리에 인코포레이티드(Wheelabrator-Frye, Inc.)에서 시판하는 타일 에치기(Tile Etch Machine)로 알려진 것과 같은 휠(wheel) 분사가공기가 정교하게 텍스쳐링되고 외관이 수려한 표면을 제공하는 것으로 밝혀졌다.

휠 분사가공기는 판재 표면에 대해 연마 재료를 추진시키기 위채 원심력을 이용한다. 표면을 부식 시키기에 적합한 연마재료에는 금속 그릿(metal grit), 플라스틱 연마재 및 호두껍질이 포함된다. 전형적으로, 표면 연마는 목적하는 외형을 형성함에 있어서, 판재 표면의 약 0.01 내지 0.04in(0.250 내지 1.016mm)를 연마한다. 가공 피복은 분사가공기에 의한 처리후 판재에 적절히 적용된다.

본 발명의 방법에 따라, 광물 섬유 함유 슬러리를 전형적으로 두께가 약 0.4 내지 0.8in(10 내지 20mm), 바람직하게는 약 0.5 내지 0.8in(12,7 내지 20.3mm)이고, 밀도가 약 10 내지 251b/ft ³ (160 내지 400kg/m ³ ), 바람직하게는 약 10 내지 201b/ft ³ (160 내지 320kg/m ³ )인 텍스쳐링된 섬유 판재로 성형한다. 판재의 소음 감소 계수(NRC)는 일반적으로 약 0.50 내지 0.70이고, 바랑직하게는 0.55 이상이며, 기계적인 천공 또는 피셔링없이도 판재의 소음 감소 계수를 성취할 수 있긴 하지만, 필요에 따라, 기계적인 천공 또는 피셔링를 사용하여 NRC를 더 한층 향상시킬 수 있다.

본 발명은 하기 실시예에 의해 추가로 예시되며, 여기서 모든 %는 건조 중량을 기준으로 한다.

[실시예 1]

2.0gal(7.6ℓ )의 물에 균일하게 분산된 약 551.0g의 고형물로 이루어진 슬러리로부터 미네랄 울 섬유 판재 1 내지 11을 각각 제조하는데, 이때 미네랄 울 및 젤라틴화된 전분 결합제의 농도는 각각 일정하게 55% 및 9.5%로 유지하며, 나머지 성분들의 농도는 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 조정한다. 각각의 판재를 제조하는데 사용되는 미량의 보유 조제(0.08%)는 표 1에 기재하지 않았다.

성분들을 물로 회석하고 혼합하여 균일한 슬러리를 형성시킨다. 스크린 위에 슬러리를 부어서 물을 배수시키고, 생성되는 습식 매트를 표 1에 나타낸 두께 및 밀도로 압축하고 건조시킨다. 판재의 다공성을 측정하면, 표 1에 나타낸 기류 저항성 결과가 나타난다. 이와 같은 방식으로 유사한 성분들로부터 제조된 섬유 판재를 비교 분석한 결과, 측정된 기류 저항성은 판재의 소음 감소 계수(NRC)[NRC 는 기류 저항성과 반비례한다]의 합당한 추정치를 제공하는 것으로 밝혀졌다.

미네랄 울 및 결합제를 일정하게 유지하면서, 진주암, 신문용지 및 점토 성분들의 함량을 변화시킬 경우의 NRC에 대한 효과는 각각의 섬유 판재 1 내지 11에 대해 상보적인 3개의 성분들의 %를 보여주는 삼각형 그래프인 제2도와 연관된 표 1 로부터 알 수 있다. 표 및 그래프로부터 명백히 알 수 있는 바와 같이, 점토가 판재 형성 조성물(판재 1 및 4)중에 포함되지 않을 경우, 최저 기류 저항성이 성취되고, 이에 따라서 최고 NRC가 확보된다. 추가로, 판재 4보다 진주암의 함량이 많은 판재 1은 판재 4보다 기류 저항성(더 높은 NRC)이 더 낮다는 것을 알 수 있다. 상기 시험의 의미는 점토를 사용하지 않고 제조한, 진주암 함량이 비교적 높고 신문용지 함량이 낮은 광물 섬유 판재가 바람직한 흡음재라는 것이다.

[실시예 2]

미네랄 울, 진주암 및 신문용지 성분들은 표 2에 기재된 양으로 사용하고 점토의 사용을 배제함을 제외하고는, 하기 표 2의 광물 섬유 판재 12 내지 22에 대해 실시예 1의 판재 제조 공정을 반복한다. 젤라틴화된 전분 결합제는 9.5%로 일정하게 유지한다.

진주암, 신문용지 및 미네랄 울의 상대적인 %-이들 세 성분의 총 양은 그래프의 취지에 따라 100%로 간주한다-는 판재 12 내지 22의 각각에 대해 제3도에 나타내었다. 표2를 제3도와 연관시켜 보면, 신문용지 함량이 5중량% 미만인 판재가 우수한 흡음재를 구성함을 명확히 알 수 있다.

[실시예 3]

본 실시예는 제1도와 관련하여, 본 발명의 습식 펠트화된 전장 제품의 대규모 생산을 설명한다.

제품의 제조에 사용된 제형은 기재된 중량%의 하기 성분들로 이루어진다.

성분들을 기계장치(1)중에서 물로 희석하여 슬러리를 형성 시킨다. 저장 농도가 5.5중량%인 슬러리를 습식 혼합하면 미네랄 울이 결절된다. 슬러리를 헤드박스(5)에 옮긴후 장망초지기 와이어(7)위에 침착시킨다. 슬러리를 통상의 방법으로 장망초지기에서 탈수시켜 인터록킹(interlocking)된 섬유의 습식 펠트 또는 매트를 형성시킨다. 매트를 치밀화시켜 수분 함량이 약 65%이고 두께(약 1in-25mm)가 균일한 습식 매트를 제공하는 압축 롤(11)을 포함하는 압축부를 통해 부분적으로 탈수된 섬유상 매트를 통과시킨다. 압축부를 빠져나오면, 습식 매트를 건조기(12)로 이동시킨다.

건조시킨 후, 판재 제품을 적절한 크기로 절단하여 세정함을 포함하는 통상의 여러가지 가공단계에 통과시킨다. 반전기(16)로 뒤집은 후, 판재 제품을 휠 분사 가공기에 의해 스크린면 위에서 연마시킨 다음, 이 면을 피복하여 본 발명의 텍스쳐링된 섬유 판재를 제조한다.

공급 파이프(13) 및 피복기(14)를 사용하여 매트를 피복함으로써, 피복된 매트를 반전기(16)에 의해 상하로 뒤집은 후, 가공된 섬유 판재 위에 배면 사이징(backsizing)을 제공하는 것 이외에는, 상기 공정을 반복한다.

전술한 방법에 따라 제조된, 배면 사이징된 광물 천장 패널 및 배면 사이징 되지 않은 광물 천장 패널의 물리적 특성은 하기 표 3에 기재되어 있다.